Biyolüminesans deniz canlıları arasında dinoflagellatlar, özellikle Noctiluca scintillans ve Lingulodinium polyedra türleri, açık denizde gözlemlenen mavi-yeşil ışıma fenomeninin primer sorumluları arasında sayılır. Bu tek hücreli ökaryotların ışık üretim mekanizması, hem biyokimyasal kompeksite hem de fizyolojik düzenleme biçimi açısından hayranlık uyandıran bir sistem oluşturur. Dinoflagellatlarda biyolüminesans üretimi, lusiferaz-lusiferin sistemi üzerinden çalışır; ancak bu sistem memeli ateşböceklerinin moleküler muadilinden köklü biçimde ayrışır. Dinoflagellat lusiferi, tetrapirrol yapılı bir bileşiktir ve lusiferaz enzimi tarafından moleküler oksijenle reaksiyona sokularak biyolüminesans deniz ortamının karakteristik mavi emisyon dalgaboyunu (470-490 nm) üretir. Bu reaksiyon ATP bağımsız olup elektron transfer verimliliği son derece yüksektir. Işık üretiminin düzenlenme mekanizması sirkadiyan saat ve vakuolar pH değişimleriyle sıkı biçimde bağlantılıdır. Biyolüminesans deniz canlılarında dinoflagellatlar gece saatlerinde scintillon adı verilen özelleşmiş organellerde lusiferazi aktif konuma geçirir; gündüzleri bu enzim inaktif formda depolanır. Mekanik uyarı (fırtına dalgalanması, yüzücü hareketi veya yırtıcı teması) vakuoler proton akışını tetikler ve sitoplazmik pH'ı 8'den 6'ya düşürür; bu pH değişimi lusiferaz konformasyonunu aktif hale getirir ve anlık ışıma gerçekleşir. Biyolüminesans deniz canlılarının ışık üretiminin evrimsel işlevi tartışmalı olmaya devam etmektedir. Kimyasal savunma hipotezi (potential predators'ı bioluminescent flash ile yanıltmak) ve bioluminescent burglar alarm hipotezi (yırtıcının yırtıcısını devşirmek) en güçlü kanıt tabanına sahip açıklamalardır. Noctiluca'nın parlayan dalga olayları aynı zamanda fizyolojik stres göstergesi olarak değerlendirilir: Alg patlamalarına eşlik eden biyolüminesans olayları, ötrofikasyon ve oksijen tüketiminin erken uyarı sinyali işlevi görebilir.